电芯、电池包和车辆的制作方法

1.本实用新型涉及电芯技术领域，尤其是涉及一种电芯、电池包和车辆。


背景技术：

2.目前市场上的锂离子电池中正极材料主要为磷酸铁锂正极和三元正极。磷酸铁锂正极材料因循环寿命长、成本低、安全性高等优点成为锂离子电池最理想的正极材料，但其本质的低电子电导和离子电导极大的影响其低温性能和倍率性能，并限制其发展。尤其是在寒冷天气，磷酸铁锂电池可提供的容量迅速降低，使得电动汽车或者电子产品的可用里程或续航时间大幅降低。
3.相关技术中，采用混合三元正极和磷酸铁锂正极以改善磷酸铁锂正极的低电导，即将三元正极浆料和磷酸铁锂浆料混合均匀并涂布形成复合电极。这类方法的主要问题是三元正极的充放电区间比磷酸铁锂的充放电区间高，从而导致高电压范围内的电流主要由三元材料贡献，会过度消耗三元材料使其结构退化更快，复合极片中的三元材料的优势也会很快消退。另外，也有将三元电池和磷酸铁锂分别做成两个电池，再按顺序叠放的电池包设计，这种方法只是简单的将两个电池放在一起，并不能充分利用二者优势。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种电芯，负极极耳和第一正极极耳之间形成第一蓄电组件，负极极耳和第二正极极耳之间形成第二蓄电组件，这样可以根据不同的应用场景或对电池的要求，可采用不同的电流搭配策略。
5.本实用新型还提出了一种电池包。
6.本实用新型还提出了一种车辆。
7.根据本实用新型第一方面实施例的电芯，包括：多个正极极片，多个所述正极极片包括：至少一个第一正极极片和至少一个第二正极极片，所述第一正极极片的一端连接有第一正极极耳，所述第二正极极片的一端连接有第二正极极耳，所述第一正极极片包括：第一金属层和第一活性物质层，所述第一活性物质层设置于所述第一金属层的至少一侧表面，所述第二正极极片包括：第二金属层和第二活性物质层，所述第二活性物质层设置于所述第二金属层的至少一侧表面，所述第二活性物质层为与所述第一活性物质层不同的活性物质层；以及多个负极极片，相邻两个所述正极极片之间夹设有所述负极极片，多个所述负极极片的一端连接有负极极耳，所述负极极耳和所述第一正极极耳之间形成第一蓄电组件，所述负极极耳和所述第二正极极耳之间形成第二蓄电组件。
8.根据本实用新型实施例的电芯，负极极耳和第一正极极耳之间形成第一蓄电组件，负极极耳和第二正极极耳之间形成第二蓄电组件，这样可以根据不同的应用场景或对电池的要求，可采用不同的电流搭配策略。
9.根据本实用新型的一些实施例，所述第一活性物质层为锂镍钴锰氧化物涂层、钴
酸锂涂层、镍酸锂涂层、富锂锰基涂层、锂镍钴铝涂层和锰酸锂涂层中的一种。
10.根据本实用新型的一些实施例，所述第二活性物质层为磷酸铁锂涂层、磷酸锰锂涂层、磷酸锰铁锂涂层、锰酸锂涂层、磷酸钒铁锂涂层或磷酸钒锂涂层中的一种。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述第一正极极片的面密度为a，所述第二正极极片的面密度为b，所述负极极片的面密度为c，a、b和c满足关系式：50g/cc≤a≤550g/cc，50g/cc≤b≤700g/cc，50g/cc≤c≤350g/cc。
12.根据本实用新型的一些实施例，在层叠方向上，所述第一正极极片和所述第二正极极片一一交替地层叠设置。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述正极极片包括多个所述第一正极极片和多个所述第二正极极片，两个相邻的所述第一正极极片组成一组第一正极极片组，在层叠方向上，至少一组所述第一正极极片组之间的所述第二正极极片的数量为a，a满足关系式：a＝0，或a≥2；和/或两个相邻的所述第二正极极片组成一组第二正极极片组，在层叠方向上，至少一组所述第二正极极片组之间的所述第一正极极片的数量为a，a满足关系式：a＝0，或a≥2。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述第一正极极片的数量大于所述第二正极极片的数量；或，所述第一正极极片的数量小于所述第二正极极片的数量；或，所述第一正极极片的数量等于所述第二正极极片的数量。
15.根据本实用新型的一些实施例，所述负极极片为碳负极极片、合金类极片、锡基极片中的一种。
16.根据本实用新型第二方面实施例的电池包，包括：机壳；所述电芯，所述电芯设置于所述机壳内。
17.根据本实用新型第三方面实施例的车辆，包括所述电池包。
18.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
19.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
20.图1是根据本实用新型实施例的电芯的剖面图；
21.图2是根据本实用新型实施例的电池包的结构示意图。
22.附图标记：
23.300、电池包；
24.100、电芯；
25.10、第一正极极片；11、第一正极极耳；12、第一金属层；13、第一活性物质层；
26.20、第二正极极片；21、第二正极极耳；22、第二金属层；23、第二活性物质层；
27.30、负极极片；31、负极极耳；
28.40、隔膜；
29.200、机壳。
具体实施方式
30.下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。
31.下面参考图1-图2描述根据本实用新型实施例的电芯100，本实用新型还提出了一种具有上述电芯100的电池包300，本实用新型还提出了一种具有是上述电池包300的车辆。
32.如图1所示，本实用新型实施例的电芯100，包括：多个正极极片，多个正极极片包括：第一正极极片10和第二正极极片20，第一正极极片10的一端连接有第一正极极耳11，第二正极极片20的一端连接有第二正极极耳21，第一正极极片10包括：第一金属层12和第一活性物质层13，第一活性物质层13设置于第一金属层12的至少一侧，第二正极极片20包括：第二金属层22和第二活性物质层23，第二活性物质层23设置于第二金属层22的至少一侧，第二活性物质层23为与第一活性物质层13不同的活性物质层。也就是说，第一正极极片10和第二正极极片20的种类或类型不同，即，在金属层上涂覆的活性物质层不同。例如，第一正极极片10可以采用三元材料，三元材料因高能量密度、良好的倍率性能成为解决手机续航或电动汽车里程问题的最佳选择。第二正极极片20可以采用磷酸铁锂材料，磷酸铁锂材料因循环寿命长、成本低、安全性高等优点。
33.以及电芯100还包括：多个负极极片30，相邻两个正极极片20之间夹设有负极极片30，多个负极极片30的一端连接有负极极耳31，负极极耳31和第一正极极耳11之间形成第一蓄电组件，负极极耳31和第二正极极耳21之间形成第二蓄电组件。如此，负极极耳31和第一正极极耳11之间形成第一蓄电组件，负极极耳31和第二正极极耳21之间形成第二蓄电组件，第一蓄电组件和第二蓄电组件可根据实际情况相互独立充放电而互相影响较小。
34.具体的，根据不同的应用场景或对电池要求，可采用不同的电流搭配策略。例如，低温下(如寒冷天气)铁锂电池很难启动，电池启动时的放电电流可主要来源于第一蓄电组件，电池放电过程中的放热提升电池内温度，待温度上升到设定温度电流便切换到第二蓄电组件。又或者，铁锂电池的功率较差，在需要功率时(比如汽车启动，爬坡，加速，崎岖路等)调节电池的电流主要来源于第一蓄电组件，待稳定了切换到第二蓄电组件。
35.由此，负极极耳31和第一正极极耳11之间形成第一蓄电组件，负极极耳31和第二正极极耳21之间形成第二蓄电组件，这样可以根据不同的应用场景或对电池的要求，可采用不同的电流搭配策略。
36.此外，第一活性物质层13可以为锂镍钴锰氧化物涂层、钴酸锂涂层、镍酸锂涂层、富锂锰基涂层、锂镍钴铝涂层和锰酸锂涂层中的一种。其中，锂镍钴锰氧化物涂层是以镍钴元素作为正极材料，以锰盐或铝盐来稳定化学架构的一种涂层。钴的用途在于可以稳定材料的层状结构，而且可以提高材料的循环和倍率性能；镍是材料的重要活性物质之一，用途在于提高新增材料的体积能量密度；锰有良好的电化学惰性，使材料始终保持稳定的结构。锰用途在于降低材料成本、提高材料安全性和结构稳定性。以及，由于ni、co、mn原子结构相似，在保持结构不变的前提下，能以任意比例配比，得到一系列性能不同的锂镍钴锰氧化物涂层。其中，钴酸锂涂层具有生产工艺简单和电化学性能稳定等优点。其中，富锂锰基涂层是以limno为基础的复合正极材料，富锂锰基涂层能够在更宽的电压范围内，获得更高的比容量。其中，锂镍钴铝涂层中的铝可以起到提高电池循环化学稳定性的用途，搭配在三元体系中，镍含量可以得到一定提升，从而实现更高的电池能量密度。其中，锰酸锂涂层的优点
是倍率性能好，制备比较容易，成本较低。
37.此外，第二活性物质层23可以为磷酸铁锂、磷酸锰锂涂层、磷酸锰铁锂涂层、锰酸锂涂层、磷酸钒铁锂涂层或磷酸钒锂涂层中的一种。其中，磷酸铁锂涂层具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、无记忆效应的优点。磷酸锰锂涂层具有橄榄石状的晶体结构，导致其作为电极材料时物理化学性质稳定。其中，磷酸锰铁锂涂层的晶体具有橄榄石型结构，该结构最大的优势是稳定性高，即使在充电过程中锂离子全部脱出，也不会发生结构崩塌，因此安全性能好。其中，锰酸锂涂层的成本低、安全性和低温性能好的正极材料。其中，磷酸钒铁锂涂层具有制备条件简单、安全、成本低，改性添加剂能有效控制磷酸铁钒锂的形态及晶体结构，改善产物的导电性能，且具有结构稳定，比容量高，高温性能好，循环性能优良的优点。
38.其中，第一正极极片10的面密度为a，第二正极极片20的面密度为b，负极极片30的面密度为c，a、b和c满足关系式：50g/cc≤a≤550g/cc，50g/cc≤b≤700g/cc，50g/cc≤c≤350g/cc。具体地，电池的内阻随着面密度的增加而增大，正极面密度从190g/m2提高到340g/m2，电池均呈现出良好的5c快速充放电性能和安全性能。正极面密度不超过280g/m2时，电池依然保持优异的10c快速充放电性能，容量达到1c倍率的93.4％以上。正极面密度为250g/m2的电池展示出最佳的5c倍率充放电寿命，2000次充放电后的容量保持率高达98.1％。而正极面密度为340g/m2的电池5c倍率充放电寿命衰减较快。
39.此外，在层叠方向上，第一正极极片10和第二正极极片20一一交替地层叠设置。如此设置，多个第一正极极片10和多个第二正极极片20之间一一交替层叠设置，也就是说，电芯100的横截面在内外方向或上下方向上，一层第一正极极片10，一层负极极片30，一层第二正极极片20，一层为负极极片30，并且每层中间都含隔膜40。即第一正极极片10和第二正极极片20在正极层面是交叉叠片，或者交叉叠放了进行卷绕而成。如此，这样可以充分发挥第一正极极片10和第二正极极片20的优势，并且抑制二者的劣势。
40.两个相邻的第一正极极片10组成一组第一正极极片10组，在层叠方向上，至少一组第一正极极片10组之间的第二正极极片20的数量为a，a满足关系式：a＝0，或a≥2。也就是说，相邻两个第一正极极片10之间可以不设置第二正极极片20，如此，在生产电芯100时，将第一正极极片10和负极极片30的层叠结构放在一侧，将第二正极极片20和负极极片30的层叠结构放在另一侧，从而方便电芯100的组装，即可以先对第一正极极片10和负极极片30进行组装，以及对第二正极极片20和负极极片30进行组装，最后再将两者进行组装，这样可以方便电芯100的组装。以及，第一正极极片10位于一侧，第二正极极片20位于另一侧，这样方便第一正极极耳11和第一正极极片10的连接，以及方便第二正极极耳21和第二正极极片20的连接。
41.同理，两个相邻的第二正极极片20组成一组第二正极极片20组，在层叠方向上，至少一组第二正极极片20组之间的第一正极极片10的数量为a，a满足关系式：a＝0，或a≥2。
42.其中，第一正极极片10的数量可以大于第二正极极片20的数量。如此设置，由于第一正极极片10的数量相对更多，并且第一正极极片10为三元系列极片，三元系列极片的能量密度更高，即此时电芯100可以储存更多的能量，即电芯100为能量型。
43.或者，第一正极极片10的数量可以小于第二正极极片20的数量。如此设置，由于第二正极极片20的数量相对更多，并且第二正极极片20为磷酸铁锂系列极片，磷酸铁锂系列
极片的使用寿命更长，即此时电芯100为长寿命型。
44.又或者，第一正极极片10的数量可以等于第二正极极片20的数量。即，第一正极极片10和第二正极极片20的数量相等，从而使得电芯100既具有储能型电芯100的优点，也具有长寿型电芯100的优点。
45.其中，负极极片30为碳负极极片30、合金类极片、锡基极片中的一种。其中，碳负极极片30导电性好，结晶度高，有稳定的充放电平台，是目前商业化程度最高的锂离子电池负极材料。合金类极片是指能和锂发生合金化反应的金属及其合金、中间相化合物及复合物，合金类极片的理论比容量及电荷密度均远高于碳负极极片30，同时，这类材料的嵌锂电位较高，在大电流充放电的情况下也很难发生锂的沉积，不会出现锂枝晶导致电池短路。以及，锡基极片理论比容量可达993mah
·
g-1，约为碳负极极片30容量的3倍。而且，锡的嵌/脱锂电位远高于li的析出电位，不必担心在充放电过程中因锂枝晶的生成而导致短路的问题，表现出更高的安全性能。
46.此外，电芯100的制备流程如下：
47.(1)制备第一正极极片10的浆料，将质量占比94％的正极(单晶ncm811)，质量占比4％的导电剂(炭黑+cnt)，质量占比2％的粘结剂(pvdf)与nmp混合均与，制备得到浆料，使用涂布机，将浆料涂敷在正极集流体上。极片烘干后进行辊压，模切，得到第一正极极片10。
48.(2)制备第二正极极片20的浆料，将质量占比94％的正极(lifepo4)，质量占比4％的导电剂(炭黑+cnt)，质量占比2％的粘结剂(pvdf)与nmp混合均与，制备得到浆料，使用涂布机，将浆料涂敷在正极集流体上。极片烘干后进行辊压，模切，得到第二正极极片20。
49.(3)制备负极极片30的浆料，将质量占比96％的负极(石墨)，质量占比2％的导电剂(乙炔黑)，质量占比2％的粘结剂(pvdf)与nmp混合均与，制备得到浆料。将负极浆料涂敷在负极集流体上，极片烘干后进行热辊压，模切，得到负极极片30。
50.(4)将第一正极极片10、负极极片30、第二正极极片20、负极极片30以叠片的方式层叠组成级组，且极片和极片之间放置隔膜40，再将叠好的电芯100装入铝塑膜后封装并烘干，注入电解液，化成后得到电池包300。
51.结合图1和图2所示，根据本实用新型第二方面实施例的电池包300，包括：机壳200和电芯100，电芯100设置于机壳200内。
52.根据本实用新型第三方面实施例的车辆，包括电池包300。
53.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
55.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：
在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。